钢材变形的原因分析和防治措施

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摘 要：钢材在轧制、储运、下料、加工、和焊接等过程中，会出现不同程度的各种变形，影响产品质量。本文主要介绍了钢材变形的原因，预防控制措施和校正方法。为了保证产品的质量，必须预防控制钢材的变形和加以校正。

关键词：钢材 变形 校正 控制

中图分类号：TU511.3+8 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）05（a）-0092-01

钢结构产品主要材料是各种钢材。这些钢材在轧制、储运、下料、加工、和焊接等过程中，若不注意施工方法，使钢材受到外力作用，当其超过板材的屈服强度就会产生不同程度的各种塑性变形。如：横向和纵向收缩变形、角变形，弯曲变形、扭曲变形、波浪变形。这些变形，尤其是超过技术要求的变形，将会影响到下料、加工、和组装等工序的质量，严重的会直接影响到工件的成品质量。因此需要在下料、加工、组焊、和成品检验前，对超过技术要求的各种变形缺陷，进行校正，以保证加工工序的质量和产品成品质量。

1 钢材变形的原因

1.1 变形的概念

钢材在温度和外力的作用下，会引起材料的形状和尺寸发生变化。金属在外力作用下，其内部必将产生应力。当外力停止作用后，应力消失，变形也随之消失。金属的这种变形称为弹性变形。当外力增大到金属的内应力超过该金属的屈服点之后，即使外力停止作用，金属的变形也不消失，这种变形称为塑性变形。

1.2 变形的原因

钢材从轧制到现场下料、加工成形、组装焊接的过程中，会受到外力和温度的作用，从而出现不同程度的各种变形。这些变形，有些是技术要求的，有些是超过技术要求的，超过技术要求的变形，就是变形缺陷。

（1）钢材轧制时，如果存在板材受热不均、轧辊弯曲、轧辊间隙不一致等问题，就会使板材在宽度方向的压缩不均匀，有可能失稳而导致变形。钢材热轧后在冷却的过程中处于潮湿或有水的地方也会产生变形。钢材在运输、堆放过程方法不当，使钢材受到外力作用，当其超过板材的屈服强度就会产生塑性变形。

（2）钢材在下料加工的过程中要经过火焰切割，剪切、冲裁、切削等工序都会引起钢材变形。气割产生变形的原因主要是钢材局部温度会升的很高，板材受热不均，产生残余应力，导致变形。

（3）组装引起的变形有多种形式，如梁的腹板和翼板组装时相互不垂直；柱子的竖杆和底板组装时不垂直，不正确的组装造成的错位、尺寸不对称等。

（4）当焊件处于加热阶段产生膨胀，但受到周围冷金属的阻碍，不能自由伸长，从而产生压缩变形。随后再冷却到室温时，其收缩又受到周边冷金属的阻碍，从而产生焊接应力。焊接应力的存在会引起焊件的变形。

2 钢材变形的预防和控制措施

（1）钢材在轧制前按照工艺要求进行加热均匀，保温一定时间，这样可以防止钢坯轧制成钢材后产生内应力。在钢材轧制前应保证轧制的轧辊外形及安装间隙符合要求，以免造成轧制的钢材产生内应力和局部变形。钢材轧制后要在车间进行缓慢冷却。车间内应有保温和防风雨措施，避免正在冷却的钢材，造成应力缺陷。

（2）严格材料进场验收、合理对材料、半成品、成品的运输、堆放。吊装时根据构件或材料特点选用合适的吊具和吊点。在放样下料前应检查钢材的变形是否在允许偏差之内，否则应采取措施进行校正。

（3）氧乙炔火焰切割下料时，可采用多个割炬同时进行，避免单个火焰加热产生的弯曲变形，氧乙炔火焰切割下料冷却完成后，在进行吊运，避免因质量原因而产生变形。下料时为防止薄板变形可采用配重压在板上，或对板边点固。对长细件还可改善切割顺序减少旁弯变形。同时应根据加工设备和工艺的特点进行分析，避免产生变形。

（4）控制焊接变形。主要包括采用合理的焊接顺序、合适的焊接方法、留余量法、反变形法、刚性固定法（增加刚度或约束度）、合理选择装配焊接顺序、消除焊接残余应力。

3 钢材变形的校正

3.1 机械矫正法

机械是冷作矫正金属变形的一种方法。冷作矫正是加外力将板件型钢或结构件局部纤维收缩，被冷作拉延产生塑性的拉伸应变达到恢复变形的方法。冷作矫正法分两种方法：一种是手工矫正法，另一种是使用机械设备矫正。

手工矫正一般用于尺寸较小的局部变形，手工矫正的主要工具和设备是大锤和平台。为减少锤疤，可采用铜锤或用平铺在下面锤击的方法。手工矫正的缺点是易出现锤疤和冷作硬化，使材料变脆，容易出现裂纹，工人劳动强度大，生产效率低，而且仅使用于刚度较小的零部件。

3.2 火焰矫正法

火焰矫正是利用金属热胀冷缩的物理特性，采用火焰局部加热金属、热膨胀部分受周围冷金属的制约，不能自由变形，而产生压缩塑性变形，冷却后压缩塑性变形残留下来，引起局部收缩，即在被加热处产生聚结力，使金属构件获得矫正。碳素结构钢和低合金高强度结构钢，其加热温度严禁超过900 ℃。低合金高强度结构钢在火焰矫正过程中，严禁浇水激冷，必须在自然状态下缓冷。

变形经常采用以下三种火焰矫正方法：（1）线状加热法。（2）点状加热法。（3）三角形加热法。以下为火焰矫正时的加热温度（材质为低碳钢）。

（1）低温矫正，500°～600°，冷却方式：水。

（2）中温矫正，600°～700°，冷却方式：空气和水。

（3）高温矫正，700°～800°，冷却方式：空气。

注意事项：火焰矫正时加热温度不宜过高，过高会引起金属变脆、影响冲击韧性。16Mn在高温矫正时不可用水冷却，包括厚度或淬硬倾向较大的钢材。

4 结语

在生产实际中，施工单位应充分考虑各种变形，分析各种变形规律，根据现场条件选用一种或几种方法，控制钢材在轧制、储运、下料、加工、和焊接过程中的变形，矫正偏差应符合《钢结构工程施工质量验收规范》（GB 50205-2001）中的规定，以保证产品质量，符合相关要求。

参考文献

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